Des chercheurs veulent fabriquer de l'oxygène avec l'eau salée de Mars
La planète rouge est très froide. L'eau présente sous le sol de Mars n'est pas gelée et presque certainement pleine de sel, ce qui abaisse sa température de congélation. Si il n'est pas possible de boire de l'eau salée, la méthode habituelle utilisant l'électricité (électrolyse) pour la décomposer en oxygène (pour respirer) et en hydrogène (pour le carburant) permet d'en éliminer le sel. Une entreprise lourde et coûteuse dans un environnement difficile et dangereux.
Cependant, si l'oxygène et l'hydrogène pouvaient être directement séparés de l'eau saumâtre, ce processus d'électrolyse de la saumure serait beaucoup moins compliqué, et moins coûteux.
Les ingénieurs de la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à Saint-Louis ont développé un système qui fait exactement cela. Leurs recherches ont été publiées dans The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
L'équipe de chercheurs n'a pas simplement validé son système d'électrolyse de la saumure dans des conditions terrestres typiques. Le système a été examiné dans une atmosphère martienne simulée à -36 °.
« Notre électrolyseur de saumure martien change radicalement le calcul logistique des missions sur Mars et au-delà », a déclaré Ramani, professeur au Département de génie énergétique, environnemental et chimique. « Cette technologie est également utile sur Terre où elle ouvre les océans comme source viable d'oxygène et de carburant ».
Durant l'été 2008, la sonde Phoenix de la NASA a "touché et goûté" de l'eau martienne, des vapeurs de glace fondue déterrées par l'atterrisseur. Depuis, l'orbiteur Mars Express de l'Agence spatiale européenne a découvert plusieurs étangs souterrains d'eau qui restent à l'état liquide grâce à la présence de perchlorate de magnésium (sel).
Pour vivre (même temporairement) sur Mars, sans parler du retour sur Terre, les astronautes devront fabriquer certains des produits de première nécessité, y compris de l'eau et du carburant, sur la planète rouge. Le rover Perseverance de la NASA est maintenant en route vers Mars, transportant des instruments qui utiliseront l'électrolyse à haute température. Cependant, l'expérience d'utilisation in situ des ressources en oxygène de Mars (MOXIE) produira de l'oxygène uniquement à partir du dioxyde de carbone dans l'air.
Le système développé dans le laboratoire de Ramani peut produire 25 fois plus d'oxygène que MOXIE en utilisant la même quantité d'énergie. Il produit également de l'hydrogène, qui pourrait être utilisé pour alimenter le retour des astronautes.
« Notre nouvel électrolyseur de saumure incorpore une anode de pyrochlore de ruthénate de plomb développée par notre équipe en conjonction avec une cathode platine sur carbone », a déclaré Ramani. « Ces composants soigneusement conçus, associés à l'utilisation optimale des principes traditionnels de l'ingénierie électrochimique, ont produit cette haute performance ».
La conception soignée et l'anode unique permettent au système de fonctionner sans avoir besoin de chauffer ou de purifier la source d'eau. « Paradoxalement, le perchlorate dissous dans l'eau les impuretés », a déclaré Shrihari Sankarasubramanian, chercheur scientifique dans le groupe de Ramani et co-auteur de l'article.
« Elles empêchent l'eau de geler, et améliorent également les performances du système d'électrolyseur en abaissant la résistance électrique ».
En règle générale, les électrolyseurs à eau utilisent de l'eau désionisée hautement purifiée, ce qui augmente le coût du système. Un système qui peut fonctionner avec de l'eau non purifiée et salée, comme la technologie démontrée par l'équipe de Ramani, peut considérablement améliorer la proposition de valeur économique des électrolyseurs d'eau, y compris sur la planète Terre.
« Après avoir démontré ces électrolyseurs dans des conditions martiennes exigeantes, nous avons l'intention de les déployer également dans des conditions beaucoup plus douces sur Terre pour utiliser des alimentations en eau saumâtre ou salée pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, par exemple par électrolyse de l'eau de mer », a déclaré Pralay Gayen, également coauteur de cette étude.
De telles applications pourraient être utiles dans le domaine de la défense, créant par exemple de l'oxygène à la demande dans les sous-marins. Il pourrait également fournir de l'oxygène lorsque nous explorons des environnements inexplorés plus près de chez nous, en haute mer.
Cependant, si l'oxygène et l'hydrogène pouvaient être directement séparés de l'eau saumâtre, ce processus d'électrolyse de la saumure serait beaucoup moins compliqué, et moins coûteux.
Les ingénieurs de la McKelvey School of Engineering de l'Université de Washington à Saint-Louis ont développé un système qui fait exactement cela. Leurs recherches ont été publiées dans The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
L'équipe de chercheurs n'a pas simplement validé son système d'électrolyse de la saumure dans des conditions terrestres typiques. Le système a été examiné dans une atmosphère martienne simulée à -36 °.
« Notre électrolyseur de saumure martien change radicalement le calcul logistique des missions sur Mars et au-delà », a déclaré Ramani, professeur au Département de génie énergétique, environnemental et chimique. « Cette technologie est également utile sur Terre où elle ouvre les océans comme source viable d'oxygène et de carburant ».
Durant l'été 2008, la sonde Phoenix de la NASA a "touché et goûté" de l'eau martienne, des vapeurs de glace fondue déterrées par l'atterrisseur. Depuis, l'orbiteur Mars Express de l'Agence spatiale européenne a découvert plusieurs étangs souterrains d'eau qui restent à l'état liquide grâce à la présence de perchlorate de magnésium (sel).
Pour vivre (même temporairement) sur Mars, sans parler du retour sur Terre, les astronautes devront fabriquer certains des produits de première nécessité, y compris de l'eau et du carburant, sur la planète rouge. Le rover Perseverance de la NASA est maintenant en route vers Mars, transportant des instruments qui utiliseront l'électrolyse à haute température. Cependant, l'expérience d'utilisation in situ des ressources en oxygène de Mars (MOXIE) produira de l'oxygène uniquement à partir du dioxyde de carbone dans l'air.
Le système développé dans le laboratoire de Ramani peut produire 25 fois plus d'oxygène que MOXIE en utilisant la même quantité d'énergie. Il produit également de l'hydrogène, qui pourrait être utilisé pour alimenter le retour des astronautes.
« Notre nouvel électrolyseur de saumure incorpore une anode de pyrochlore de ruthénate de plomb développée par notre équipe en conjonction avec une cathode platine sur carbone », a déclaré Ramani. « Ces composants soigneusement conçus, associés à l'utilisation optimale des principes traditionnels de l'ingénierie électrochimique, ont produit cette haute performance ».
La conception soignée et l'anode unique permettent au système de fonctionner sans avoir besoin de chauffer ou de purifier la source d'eau. « Paradoxalement, le perchlorate dissous dans l'eau les impuretés », a déclaré Shrihari Sankarasubramanian, chercheur scientifique dans le groupe de Ramani et co-auteur de l'article.
« Elles empêchent l'eau de geler, et améliorent également les performances du système d'électrolyseur en abaissant la résistance électrique ».
En règle générale, les électrolyseurs à eau utilisent de l'eau désionisée hautement purifiée, ce qui augmente le coût du système. Un système qui peut fonctionner avec de l'eau non purifiée et salée, comme la technologie démontrée par l'équipe de Ramani, peut considérablement améliorer la proposition de valeur économique des électrolyseurs d'eau, y compris sur la planète Terre.
« Après avoir démontré ces électrolyseurs dans des conditions martiennes exigeantes, nous avons l'intention de les déployer également dans des conditions beaucoup plus douces sur Terre pour utiliser des alimentations en eau saumâtre ou salée pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, par exemple par électrolyse de l'eau de mer », a déclaré Pralay Gayen, également coauteur de cette étude.
De telles applications pourraient être utiles dans le domaine de la défense, créant par exemple de l'oxygène à la demande dans les sous-marins. Il pourrait également fournir de l'oxygène lorsque nous explorons des environnements inexplorés plus près de chez nous, en haute mer.
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(heure de Paris) Lever de Mars: 6h49 Coucher de Mars: 15h49 |
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Distance Terre-Mars 367,8 millions de km |
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